Le labyrinthe de Lashley III utilisé pour ces expériences a été construit par Tim Bowmaster, Paul Corman, Barry Dutrow, Ryan Jabco, et Tim Treaster partir de la boutique la Pennsylvania State University Physics Department machine. Les auteurs tiennent à remercier Mme Shoba Belegundu, Mme Tara Chrzanowski, et Mme Alexandra Lewis pour l&#39;assistance dans l&#39;exécution des expériences présentées dans les figures 2-4. M. Walter Jackson a fourni une rétroaction précieuse dans la préparation de ce protocole. Ce travail a été soutenu financièrement par le National Institute of Mental Health (MH064756 et MH077978 à AMA). Le contenu est uniquement la responsabilité de leurs auteurs et ne représentent pas nécessairement les vues officielles de l&#39;Institut national de santé mentale ou de la National Institutes of Health.

1. Préparation: <ol><li> Le labyrinthe est construit Lashley III de plexiglas et est représenté dans la figure 1. La zone de départ, les bras labyrinthe, et la boîte de but sont modulaires pour permettre le nettoyage et la modifiabilité du labyrinthe. Les murs de la case départ, les bras labyrinthe, et la boîte de but sont construites de plexiglas noir pour éliminer les signaux visuels de l&#39;extérieur et l&#39;intérieur du labyrinthe. Maze bras sont de 45 cm de long, 7 cm de haut et 5 cm de large. Les portes menant aux armes consécutifs du labyrinthe sont de 4 cm x 4 cm et sont situés à 11 cm de murs extérieurs du labyrinthe. La boîte de but est de 19,5 cm de long x 7 cm de haut x 5 cm de large. La zone de départ est de 8 cm x 9,5 cm x 7 cm. Séparée claires morceaux de plexiglas sont placés sur le dessus de la zone de départ, labyrinthe, et la boîte de l&#39;objectif de permettre la visualisation de chaque souris à mesure qu&#39;elle progresse dans le dédale, tout en empêchant les souris de s&#39;échapper. Le labyrinthe repose sur une base construite de plexiglas rouge qui est assez grand pour contenir les trois pièces du labyrinthe, plus une cage de pseudo-maison qui est la même taille que la cage de l&#39;animal domestique standard. </li><li> Pour préparer pseudo-home cages avant le procès labyrinthe première litière fraîche de la même nature que celui utilisé dans des cages des animaux à domicile »est ajouté au fonds de cage individuelle ayant des portes (2 cm x 2 cm) coupés sur les côtés. Placez fils sommets sur ces fonds en cage individuellement et de les numéroter, un pour chaque animal dans une cohorte d&#39;essai. Ces cages individuelles servira de pseudo-home cages pour chaque animal pour la durée de la période d&#39;essai. Parce que nous étudions le rôle du stress et / ou de l&#39;anxiété des comportements liés à l&#39;apprentissage et la mémoire, nous utilisons des pseudo-cages à domicile pour éviter les souris individuellement logement dans leurs cages à domicile. Toutefois, si ces facteurs ne sont pas la principale préoccupation, les animaux peuvent être hébergés individuellement dans des cages à domicile modifiés avec des portes et ces cages peuvent servir les cages à domicile pour la navigation labyrinthe succès. </li></ol> 2. Test: <ol><li> Chaque jour, les animaux sont déplacés vers la salle d&#39;examen le comportement d&#39;un minimum d&#39;une heure avant le test afin de leur permettre de s&#39;acclimater à l&#39;environnement de test. </li><li> Trente minutes avant l&#39;heure de début des tests, de la nourriture et l&#39;eau est retirée de toutes les cages à domicile. Gardez la nourriture et l&#39;eau dans la salle de test de comportement, mais hors de portée de la souris. Nourriture et l&#39;eau est généralement enlevé 30 min après le changement de la phase de la lumière à la phase d&#39;obscurité, après le repas de pointe s&#39;est produite. Cela garantit que les animaux sont pour la plupart des aliments et d&#39;eau rassasiés avant le test, cependant, les tests pendant cette période donne une petite force supplémentaire de motivation pour naviguer dans le labyrinthe, même si il n&#39;ya pas de nourriture ou de récompense manifeste de l&#39;eau à l&#39;achèvement des tâches. </li><li> Après la période de 30 min avant le test s&#39;est écoulé, nettoyer le labyrinthe avec 70% d&#39;éthanol. Laissez la porte menant de la zone de départ dans le labyrinthe bras fermés. Les portes aux deux extrémités de la boîte de but sont laissés ouverts. </li><li> Placez la cage pseudo-home correspondant au premier animal à l&#39;extrémité de la boîte de but. </li><li> Effectuer la première souris au labyrinthe, il ventouses dans votre main. Placez la souris dans la zone de départ et remettre le couvercle. </li><li> Lorsqu&#39;il est en position d&#39;observer le dédale sans obstruction, ouvrez la porte de la boîte de départ et commencer immédiatement à trois chronomètres. </li><li> Lorsque les quatre pattes de la souris ont quitté la zone de départ, fermer la porte de la boîte démarrer et arrêter le premier temporisateur. </li><li> Enregistrement à la main le chemin de la souris se déplace comme il navigue dans le labyrinthe. Une souris entre dans une nouvelle zone ou le bras du labyrinthe où les quatre pattes ont franchi dans cette zone (voir fig. 1). </li><li> Lorsque les quatre pattes entrer dans la boîte but, fermer la porte menant entre le labyrinthe et la boîte de but et d&#39;arrêter le deuxième chrono. </li><li> Lorsque la souris est complètement entrée dans la cage de pseudo-maison, fermer la porte entre la boîte de but et la cage. Arrêtez le troisième chrono. </li><li> Enregistrement des temps des trois chronomètres. Comptez le nombre d&#39;erreurs de la souris a fait. Une erreur est défini comme une entrée dans une impasse en cul-de-sac de zone (par exemple, allant de L bras pour la zone K;. Fig 1) ou en voyage en arrière à travers un bras déjà parcouru le labyrinthe (par exemple, allant de F bras à bras C, fig 1).. Alors que nous marquons les performances de la souris comme elle se produit, il est possible de filmer ou autrement essais labyrinthe d&#39;enregistrement pour permettre notation subséquente soit par l&#39;œil ou par un logiciel automatisé. Discrétion de l&#39;expérimentateur doit être utilisé pour choisir une méthode appropriée. </li><li> Laissez l&#39;animal dans la cage de pseudo-home pendant 1 min avant de le retourner dans sa cage à la maison. </li><li> Répétez les étapes 2.3 à 2.12 pour toutes les souris dans la cohorte des tests. </li><li> Quand la souris dernière dans la cohorte a été retourné à sa cage, de lancer le chronomètre de 30 minutes. A la fin de cette période de 30 min, retournez la nourriture et l&#39;eau pour toutes les souris dans la cohorte et revenir ensuite les animaux dans leur chambre colonie. </li><li> Répétez cette procédure sur nuits consécutives, avec un essai par jour et par animal tests, jusqu&#39;à ce que toutes les souris de la cohorte ont atteint un des critères d&#39;apprentissage définis ou jusqu&#39;à ce qu&#39;un n prédéterminésOmbre d&#39;essais de test a eu lieu. Une souris est classé comme ayant appris le labyrinthe où il peut accomplir la tâche avec 0 ou 1 erreur (s) sur deux essais consécutifs. Les souris sont testées dans le même ordre sur les essais successifs. </li></ol> 3. Les résultats représentatifs: Jours d&#39;apprendre (portée critère) peuvent être analysés et comparés entre les différents groupes dans une étude particulière (fig. 2A et 3A). Par ailleurs, un indice de l&#39;apprentissage (apprentissage ratio), qui caractérise l&#39;acquisition labyrinthe, peut être évalué au cours des quatre premiers jours de la période d&#39;essai (figures 2B et 3B). L&#39;indice de l&#39;apprentissage est le rapport entre le nombre de segments de chemin parcouru correcte au nombre total de segments de chemin parcouru pour chaque essai. L&#39;indice de l&#39;apprentissage devrait être en moyenne d&#39;environ 0,5 pour l&#39;essai 1, lorsque les souris sont d&#39;abord exposés à du labyrinthe et de naviguer au hasard. Les augmentations de l&#39;indice d&#39;apprentissage et d&#39;approches entre les essais 1 2 et 4 indiquant que l&#39;apprentissage est en cours. Dans la figure 2, le jeune (2 mois) et au vieillissement (24 mo) les souris mâles C57Bl/6NCr ont été formés sur le labyrinthe de Lashley pour 15 essais. Les jeunes ont appris des souris dans le labyrinthe de 7,2 (± 1,5) d. En revanche, les animaux du vieillissement a pris 11,7 (± 2,1) pour atteindre d critère. Il y avait une forte tendance pour les souris C57Bl/6NCr le vieillissement de prendre plus de temps à apprendre le labyrinthe ([t (23) = 1,59, p = 0,056]; un test t bilatéral, une hypothèse a priori que les jours d&#39;apprendre est plus dans le vieillissement souris). Lorsque l&#39;indice est calculé d&#39;apprentissage, deux groupes d&#39;âge montrent une augmentation régulière de l&#39;indice de l&#39;apprentissage à partir des essais 2 à 4 (effet principal significatif de temps P &lt;0,001). Cependant, il n&#39;y avait aucune différence statistiquement significative de l&#39;indice d&#39;apprentissage entre jeunes et vieux C57 souris souris C57 (principal effet de l&#39;âge P = 0,58). La figure 3 est représentatif des études examinant les effets de la souche de base sur l&#39;apprentissage des comportements. Les données de l&#39;C57Bl/6NCr jeune mâle Fig. 2 sont maintenant comparés aux données de jeunes Crl: CD-1 (ICR) BR souris [CD-1, 4-5 Mo]. Souris CD-1 a appris le labyrinthe Lashley III 4.5 (± 1.4) d; cependant, il n&#39;y avait aucune différence significative entre les souches dans les jours à apprendre (figure 3A; [t (18) = 1,328, P = 0,20], deux -tailed test t). En revanche, l&#39;examen de la montre l&#39;indice d&#39;apprentissage qui, alors que tous les animaux ont été de naviguer dans le labyrinthe sur le premier essai par hasard, souris CD-1 a appris la tâche plus rapidement (effet principal de la souche P &lt;0,001). Ceci est illustré par l&#39;augmentation statistiquement significative de l&#39;indice de l&#39;apprentissage dans les essais 2 à 4 de la souris CD-1 par rapport à des souris C57Bl/6NCr. Fait intéressant, si souris CD-1 continuent d&#39;être formés dans le labyrinthe au delà du point d&#39;atteindre critère, ils présentent un comportement indicative de surentraînement (fig. 4), qui est examinée plus en détail ci-dessous. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1:. Le labyrinthe de Lashley III l&#39;impasse en cul-de-sac zones du labyrinthe sont de couleur rouge dans ce diagramme à des fins d&#39;illustration seulement. La base et le bras du labyrinthe sont réelles couleurs solides (en médaillon). Le labyrinthe est dessiné à l&#39;échelle (les dimensions dans le texte). <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig2.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2: Performance Lashley labyrinthe III en 2 et 24 mois souris mâles C57Bl/6NCr Le labyrinthe Lashley III a été utilisé pour évaluer l&#39;apprentissage des routes dans les jeunes (2 Mo) et au vieillissement (24 mo) les souris mâles C57Bl/6NCr.. Les paramètres mesurés étaient: (a) jours pour critère, le nombre de jours requis pour une souris à courir dans le labyrinthe pour deux nuits consécutives avec 0 ou 1 erreur d&#39;erreur, et (b) l&#39;indice d&#39;apprentissage, le nombre d&#39;entrées correctes bras quatre pattes faite par rapport au nombre total d&#39;entrées-bras en les jours 1-4 de tests Lashley labyrinthe III. Le nombre d&#39;animaux par groupe ont été n = 10 pour 2 mois et n = 15 pour 24 mois chez la souris. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig3.jpg" alt="Figure 3" /> Figure 3: performances Lashley labyrinthe III en C57Bl/6NCr jeune homme et souris CD-1 Le labyrinthe Lashley III a été utilisé pour évaluer l&#39;apprentissage des routes en 2 mois et 4-5 mois C57Bl/6NCr âgé souris CD-1.. Les paramètres mesurés étaient: (a) jours pour critère, le nombre de jours requis pour une souris à courir dans le labyrinthe pour deux nuits consécutives avec 0 ou 1 erreur d&#39;erreur, et (b) l&#39;indice d&#39;apprentissage, le nombre d&#39;entrées correctes bras quatre pattes faite par rapport au nombre total d&#39;entrées-bras en les jours 1-4 de tests Lashley labyrinthe III. Le nombre d&#39;animaux par groupe ont été n = 10 pour C57Bl/6NCr et n = 10 pour souris CD-1. Significations statistiques: * p &lt;0,05, ** P &lt;0,01 versus souris C57Bl/6NCr. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig4.jpg" alt="Figure 4" /> Figure 4: performances Lashley labyrinthe III en 4-5 mois mâles âgés de souris CD-1 Le labyrinthe Lashley III.a été utilisée pour évaluer l&#39;apprentissage des routes dans dix 4-5 mois mâles âgés de souris CD-1 sur 15 jours consécutifs. Les paramètres mesurés sont (a) le nombre d&#39;erreurs commises par jour, avec une erreur définie comme une entrée de quatre patte dans une zone morte-end en cul-de-sac ou voyagez un bras déjà parcouru le labyrinthe, et (b) temps passé dans le labyrinthe par jour. Le critère de la journée où a été atteint est indiqué par une flèche rouge.

<ol>
	<li>Blizard, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Return+to+home+cage'+as+a+reward+for+maze+learning+in+young+and+old+genetically+heterogeneous+mice.">Return to home cage' as a reward for maze learning in young and old genetically heterogeneous mice.</a> Comparative Med. 56, 196-201 (2006).</li><li>Crawley, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> What's wrong with my mouse?: Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice. , (2007).</li><li>Blizard, D. A., Klein, L. C., Cohen, R., McClearn, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+mouse-friendly+cognitive+task+suitable+for+use+in+aging+studies.">A novel mouse-friendly cognitive task suitable for use in aging studies.</a> Behav. Genet. 33, 181-189 (2003).</li><li>Warren, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Appetitive+learning+by+old+mice.">Appetitive learning by old mice.</a> Exp. Aging Res. 12, 99-105 (1986).</li><li>Lashley, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+mechanisms+and+intelligence:+A+quantitative+study+of+injuries+to+the+brain.">Brain mechanisms and intelligence: A quantitative study of injuries to the brain.</a> , (1929).</li><li>Barnes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+deficits+associated+with+senescence:+A+neurophysiological+and+behavioral+study+in+the+rat.">Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat.</a> J. Comp. Physiol. Psych. 93, 74-104 (1979).</li><li>Matzel, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+differences+in+the+expression+of+a+general+learning+ability+in+mice.">Individual differences in the expression of a general learning ability in mice.</a> J. Neurosci. 23, 6423-6433 (2003).</li><li>Brandeis, R., Brandys, Y., Yehuda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+the+Morris+water+maze+in+the+study+of+memory+and+learning.">The use of the Morris water maze in the study of memory and learning.</a> Int. J. Neurosci. 48, 29-69 (1989).</li><li>Hepler, D. J., Wenk, G. L., Cribbs, B. L., Olton, D. S., Coyle, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+impairments+following+basal+forebrain+lesions.">Memory impairments following basal forebrain lesions.</a> Brain Res. 346, 8-14 (1985).</li><li>Sci, B. e. h. a. v. B. r. a. i. n. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 2, 313-313 (1979).</li></ol>

Tous les protocoles de comportement ont été approuvées par les soins de la Pennsylvania State University et le Comité institutionnel d&#39;animaux utilisation. Il n&#39;y a pas divulgation de renseignements financiers à signaler.

Les tests chez les rongeurs les plus couramment utilisés pour évaluer l&#39;apprentissage de comportement et la mémoire sont la piscine de Morris et des variantes de conditionnement de la peur 2. Ces tests reposent sur ​​des indices visuels ou auditifs pour l&#39;apprentissage et des stimuli aversifs (par exemple, l&#39;eau, choc électrique) pour motiver les animaux pour compléter les 3 tâches. Chez les rongeurs vieillissement, comme chez les humains du vieillissement, des modalités sens...

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		<th>Catalogue Number</th>
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<tr>
<td>Lashley III maze</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>PSU Physics Machine Shop</td>
<td>N/A</td>
<td> Maze must be custom-built, not commercially available</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

low-stress route learning using the lashley iii maze in mice

Beaucoup de tests de comportement visant à évaluer l&#39;apprentissage et la mémoire chez les rongeurs, en particulier les souris, s&#39;appuient sur des repères visuels, la privation de nourriture et / ou de l&#39;eau, ou d&#39;autres stimuli aversifs pour motiver l&#39;acquisition tâche. Comme l&#39;âge des animaux, des modalités sensorielles se détériorer. Par exemple, de nombreuses souches de souris développent l&#39;audition des déficits ou des cataractes. Les changements dans les systèmes sensoriels nécessaires pour guider les souris lors de l&#39;acquisition tâche actuelle confond potentiel dans l&#39;interprétation des variations d&#39;apprentissage chez les animaux vieillissants. Par ailleurs, l&#39;utilisation de stimuli aversifs pour motiver les animaux à apprendre des tâches est potentiellement confondants en comparant des souris avec différentes sensibilités au stress. Pour minimiser ces types d&#39;effets confondants, nous avons implémenté une version modifiée du labyrinthe Lashley III. Ce dédale d&#39;apprentissage repose sur la route, où les souris apprennent à naviguer dans un labyrinthe à travers une exposition répétée dans des conditions de stress faible, par exemple la phase sombre, pas de privation de nourriture / eau, jusqu&#39;à ce qu&#39;ils naviguer sur un chemin de l&#39;emplacement de début à une cage de pseudo-maison avec 0 ou 1 erreur (s) sur deux essais consécutifs. Nous classons cela comme un test de comportement à faible stress, car il ne repose pas sur des stimuli aversifs d&#39;encourager l&#39;exploration du labyrinthe et de l&#39;apprentissage de la tâche. L&#39;appareil se compose d&#39;une boîte de démarrage modulaire, un organe labyrinthe 4-bras, et une boîte de but. A la fin de la boîte de but est une cage de pseudo-maison qui contient la literie semblable à celle trouvée dans la cage de la maison de l&#39;animal et est spécifique à chaque animal pour la durée du test labyrinthe. Il a été démontré précédemment que cette cage pseudo-home offre une récompense suffisante pour motiver les souris pour apprendre à naviguer dans le labyrinthe<sup&gt; 1</sup&gt;. Ici, nous présentons la visualisation de la procédure de Lashley labyrinthe III dans le contexte de l&#39;évaluation liée à l&#39;âge des différences dans l&#39;apprentissage et la mémoire chez des souris avec une comparaison du comportement d&#39;apprentissage chez deux souches différentes de souris de fond. Nous espérons que d&#39;autres chercheurs intéressés à évaluer les effets du vieillissement ou de la vulnérabilité du stress chez les souris examinera ce dédale une alternative intéressante aux tests comportementaux qui comportent des tâches d&#39;apprentissage plus stressant et / ou des indices visuels.

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Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice

Le labyrinthe de Lashley III est une tâche itinéraire d&#39;apprentissage qui ne repose pas sur des stimuli aversifs ou des indices visuels. C&#39;est donc une option très intéressante pour évaluer l&#39;apprentissage et la mémoire, en particulier dans les souris vieillissantes ou autrement, où le stress est une considération.

Apprendre la route à faible stress en utilisant le labyrinthe Lashley III chez des souris

Many behavior tests designed to assess learning and memory in rodents, particularly mice, rely on visual cues, food and/or water deprivation, or other ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

17.8K vues.  Pennsylvania State University. Le labyrinthe de Lashley III est une tâche itinéraire d'apprentissage qui ne repose pas sur des stimuli aversifs ou des indices visuels. C'est donc une option très intéressante pour évaluer l'apprentissage et la mémoire, en particulier dans les souris vieillissantes ou autrement, où le stress est une considération.

Vidéo: Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice

Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#39;s Disease Model Mice

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including acquisition of spatial memoryand long-term spatial memory 1. The MWM is a relatively simple procedure typically consisting of six day trials, the main advantage being the differentiation between the spatial (hidden-platform) and non-spatial (visible platform) conditions 2-4. In addition, the MWM testing environment reduces odor trail interference 5. This has led the task to be used extensively in the study of the neurobiology and neuropharmacology of spatial learning and memory. The MWM plays an important role in the validation of rodent models for neurocognitive disorders such as Alzheimer&#x2019;s Disease 6, 7. In this protocol we discussed the typical procedure of MWM for testing learning and memory and data analysis commonly used in Alzheimer&#x2019;s disease transgenic model mice.

Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#039;s Disease Model Mice

The Morris Water Maze is a behavioral task to test hippocampal-dependent learning and memory. It has been widely used in the study of neurobiology, neuropharmacology and neurocognitive disorders in rodent models.

Test Morris Water Maze pour les déficits d&#39;apprentissage et de mémoire chez la souris modèle de la maladie d&#39;Alzheimer

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including ...

Recherche

Neurosciences

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

T-labyrinthe alternance forcé et des tâches de discrimination gauche-droite pour l&#39;évaluation de travail et de la mémoire de référence chez la souris

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

D&#39;enregistrement optique de l&#39;activité neuronale supraliminaire avec une résolution à cellule unique et un seul pic

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Cartographie dynamique corticales à l&#39;aide MEG / EEG simultanés et anatomique contrainte minimum-norm Budget: un exemple L&#39;attention auditive

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Méthode électrophysiologique de réponses d&#39;enregistrement intracellulaire tension de<em&gt; Drosophila</em&gt; Photorécepteurs et Interneurones à Light Stimuli<em&gt; In Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of EEG data and have been widely used to investigate the neural mechanisms in some brain disorders. The goal of this article is to describe the protocol underlying EEG microstate and omega complexity analyses step by step. The main advantage of these two measures is that they could eliminate the reference-dependent problem inherent to traditional spectrum analysis. In addition, microstate analysis makes good use of high time resolution of resting-state EEG, and the four obtained microstate classes could match the corresponding resting-state networks respectively. The omega complexity characterizes the spatial complexity of the whole brain or specific brain regions, which has obvious advantage compared with traditional complexity measures focusing on the signal complexity in a single channel. These two EEG measures could complement each other to investigate the brain complexity from the temporal and spatial domain respectively.

This article describes the protocol underlying electroencephalography (EEG) microstate analysis and omega complexity analysis, which are two reference-free EEG measures and highly valuable to explore the neural mechanisms of brain disorders.

Micro-État et Analyses complexité Omega de l’état de repos l’électroencéphalographie

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and parenting. Importantly, mice can be trained to associate novel odors with specific behavioral responses to provide insight into olfactory circuit function. This protocol details the procedure for training mice on a Go/No-Go operant learning task. In this approach, mice are trained on hundreds of automated trials daily for 2&#8211;4 weeks and can then be tested on novel Go/No-Go odor pairs to assess olfactory discrimination, or be used for studies on how odor learning alters the structure or function of the olfactory circuit. Additionally, the mouse olfactory bulb (OB) features ongoing integration of adult-born neurons. Interestingly, olfactory learning increases both the survival and synaptic connections of these adult-born neurons. Therefore, this protocol can be combined with other biochemical, electrophysiological, and imaging techniques to study learning and activity-dependent factors that mediate neuronal survival and plasticity.

Here, we train mice on an associative learning task to test odor discrimination. This protocol also allows for studies on learning-induced structural changes in the brain.

Un Test objectif et reproductible d’apprentissage olfactif et de la Discrimination chez les souris

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and ...

Targeting the Corticospinal Tract in Neonatal Rats with a Double-Viral Vector using Combined Brain and Spine Surgery

Successfully tackling the obstacles that constrain research on neonatal rats is important for studying the differences in outcomes seen in pediatric spinal cord injuries (SCIs) compared to adult SCIs. In addition, reliably introducing therapies into the target cells of the central nervous system (CNS) can be challenging, and inaccuracies can compromise the efficacy of the study or therapy. This protocol combines viral vector technology with a novel surgical technique&#160;to accurately introduce gene therapies into neonatal rats at postnatal day 5. Here, a virus engineered for retrograde transport (retroAAV2) of Cre is introduced at the axon terminals of corticospinal neurons in the spinal cord, where it is subsequently transported to the cell bodies. A double-floxed&#160;inverted orientation (DIO) designer receptor exclusively activated by designer drug(s) (DREADD) virus is then injected into the somatomotor cortex of the brain. This double-infection technique promotes the expression of the DREADDs only in the co-infected corticospinal tract (CST) neurons.&#160;Thus, the simultaneous co-injection of the somatomotor cortex and cervical CST terminals is a valid method for studying the chemogenetic modulation of recovery following cervical SCI models in neonatal rats.

This protocol demonstrates a novel method for applying gene therapies to subpopulations of cells in neonatal rats at postnatal ages 5-10 days by injecting an anterograde chemogenetic modifier into the somatomotor cortex and a retrogradely transportable Cre recombinase into the cervical spinal cord.

Cibler le tractus corticospinal chez les rats néonatals avec un vecteur double viral à l’aide d’une chirurgie combinée du cerveau et de la colonne vertébrale

Successfully tackling the obstacles that constrain research on neonatal rats is important for studying the differences in outcomes seen in pediatric ...

Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and traumatic brain injury (TBI). Zebrafish are an important neuroscience model due to their transparency during development and robust regenerative capabilities following neurotrauma. While various cognitive tests exist in zebrafish, most of the cognitive assessments that are rapid examine non-associative learning. At the same time, associative-learning assays often require multiple days or weeks. Here, we describe a rapid associative-learning test that utilizes an adverse stimulus (electric shock) and requires minimal preparation time. The shuttle box assay, presented here, is simple, ideal for novice investigators, and requires minimal equipment. We demonstrate that, following TBI, this shuttle box test reproducibly assesses cognitive deficit and recovery from young to old zebrafish. Additionally, the assay is adaptable to examine either immediate or delayed memory. We demonstrate that both a single TBI and repeated TBI events negatively affect learning and immediate memory but not delayed memory. We, therefore, conclude that the shuttle box assay reproducibly tracks the progression and recovery of cognitive impairment.

Learning and memory are potent metrics in studying either developmental, disease-dependent, or environmentally induced cognitive impairments. Most cognitive assessments require specialized equipment and extensive time commitments. However, the shuttle box assay is an associative learning tool that utilizes a conventional gel box for rapid and reliable assessment of adult zebrafish cognition.

Shuttle Box Assay en tant qu’outil d’apprentissage associatif pour l’évaluation cognitive dans les études d’apprentissage et de mémoire à l’aide de poissons-zèbres adultes

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and ...

Measurement of the Directional Information Flow in fNIRS-Hyperscanning Data using the Partial Wavelet Transform Coherence Method

Social interaction is of vital importance for human beings. While the hyperscanning approach has been extensively used to study interpersonal neural synchronization (INS) during social interactions, functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is one of the most popular techniques for hyperscanning naturalistic social interactions because of its relatively high spatial resolution, sound anatomical localization, and exceptionally high tolerance of motion artifacts. Previous fNIRS-based hyperscanning studies usually calculate a time-lagged INS using wavelet transform coherence (WTC) to describe the direction and temporal pattern of information flow between individuals. However, the results of this method might be confounded by the autocorrelation effect of the fNIRS signal of each individual. For addressing this issue, a method termed partial wavelet transform coherence (pWTC) was introduced, which aimed to remove the autocorrelation effect and maintain the high temporal-spectrum resolution of the fNIRS signal. In this study, a simulation experiment was performed first to show the effectiveness of the pWTC in removing the impact of autocorrelation on INS. Then, step-by-step guidance was offered on the operation of the pWTC based on the fNIRS dataset from a social interaction experiment. Additionally, a comparison between the pWTC method and the traditional WTC method and that between the pWTC method and the Granger causality (GC) method was drawn. The results showed that pWTC could be used to determine the INS difference between different experimental conditions and INS's directional and temporal pattern between individuals during naturalistic social interactions. Moreover, it provides better temporal and frequency resolution than the traditional WTC and better flexibility than the GC method. Thus, pWTC is a strong candidate for inferring the direction and temporal pattern of information flow between individuals during naturalistic social interactions.

This protocol describes partial wavelet transform coherence (pWTC) for calculating the time-lagged pattern of interpersonal neural synchronization (INS) to infer the direction and temporal pattern of information flow during social interaction. The effectiveness of pWTC in removing the confounds of signal autocorrelation on INS was proved by two experiments.

Mesure du flux d’informations directionnelles dans les données d’hyperscan fNIRS à l’aide de la méthode de cohérence de transformation partielle des ondelettes

Social interaction is of vital importance for human beings. While the hyperscanning approach has been extensively used to study interpersonal neural ...